Pol für dynamoelektrische Maschinen Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pol für dynamoelektrische Maschinen mit im Querschnitt. rechteckigen Leitern, die arm einen Kern aus magnetischem Material ge wickelt sind, wobei eine Schmalkante der Leiter dem Kern zugekehrt ist und der Zwi schenraum zwischen zwei benachbarten Win dungen mit. einem wärmebeständigen Poly- irrerisationsprodukt gefüllt ist, das an den l.eiterfläelren haftet. und .ein kompressions festes Füllmaterial enthält.
Während ungefähr fünfzig Jahren be stand die üblieherweise verwendete Isolation zwischen benachbarten Windungen bei Pol konstruktionen der genannten Art aus Schichten von Asbestpapier, welches mittels @ehellaek oder einem ähnlichen Bindemittel an die flachen Se.itenfläehen der Leiter an 0eklebt war. Bei der Herstellung dieser Wick lungen wurden diese unter Wärmeanwen dung in einer hydraulischen Presse gepresst, um eine feste in sich geschlossene Wicklung mit. den benötigten Abmessungen herzustel len, wobei die Isolation die Wicklung zusam rnenhielt und benachbarte Windungen von einander isolierte.
Wenn auch diese Wick lungen, welche bis zu einer Tonne wiegen können, sieh unter den meisten Betriebsbedin gungen sehr gut bewährt haben, so ergaben sieh gelegentlich unter bestimmten Bedin- .,tingen Schwierigkeiten, infolge der Verla- #"*erun#, der äussersten Windungen der Wick- hing, wodurch die Wicklungen nach einer Zeit von einigen Jahren von der Maschine entfernt und repariert werden müssen.
Wenn solche Maschinen beispielsweise während langen Betriebsperioden bei hohen Geschwin digkeiten unter Spitzenbelastung stehen, so bewirkt der höhere Ausdehnungskoeffizient des Leitermaterials eine Lösung der Winduri- . gen vom Kern, wodurch sich zwischen Pol kern und Wicklung ein Spalt bildet. Wenn die Last verringert wird, währenddem sich die Maschine immer noch mit grosser Ge- sehwindigkeit in Betrieb befindet, kühlt sich die Wicklung ab und kehrt in die normale Stellung zurück.
Da der Reibungswiderstand zwischen der obersten Windung der Wicklung und der Isolation des Polschuhs sich dieser Kontraktion entgegensetzt, kann die Isola tionsschicht zwischen den obersten Windun gen der Wicklung unter den darauf ausge übten Seb.erkräften brechen. Die obersten Windungen haben dabei nicht genügend Zug spannurig, um sich in deren Ursprungslage zusammen zu ziehen, und nehmen daher eine bleibende Deformation an. Nachfolgende ähn liche Erwärmungs- und Abkühlungsvorgänge können diese Deformation weiter vergrössern, bis die obersten Windungen über den Pol sehuh herausragen, und zwar an einer Stelle, an welcher der Polschuh diese Windungen nicht mehr genügend stützen kann.
Da Asbest ein weiches Material ist, das durch den Seliellaek oder ein äliirlielies Bindemittel nicht. leicht. imprägniert werden kann, hat es nur eine geringe Scherfestigkeit. und weist beim Bruch Oberflächen mit kleinem Rei bungswiderstand auf. Der Asbest kann weiter leitende Partikel und Salze enthalten und besitzt auch eine gewisse Affinität. für Wasser, Dadurch ergeben sich weitere Pro bleme . bezüglich elektrischer Kurzschlüsse zwischen benachbarten Windungen der Wick lung.
Die vorliegende Erfindung bezweckt des halb die Schaffung von Mitteln zur Er höhung der Bruiehfestigkeit der Isolation zwischen benachbarten Windungen einer Feldwicklung und somit die Schaffung von Mitteln zur Vergrösserung der Maximalkraft, welche Relativbewegungen zwischen benaeh- ba.rten Windungen der Feldwicklung verhin dert, auf einen Wert, welcher grösser ist als die Reibungskraft zwischen der obersten Win dung und der Isolation des Polschuhs, lind zwar unter allen Betriebsbedingungen.
Der erfindungsgemässe Pol ist dadurch ge kennzeichnet, .da.ss das Füllmaterial zu.r Er höhung der Scherfestigkeit der Verbindung zwischen der Isolation und den Leitern teil weise in die Leiter eingebettet ist und als Mittel zur Einhaltung des vorgegebenen<B>Ab-</B> standes zwischen zwei benachbarten Windun gen dient.
In der Zeichnung sind mehrere beispiels weise Ausführningsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des Pols in Ansieht. mit teilweisem Schnitt, Fig. 2 .ein vergrösserter Querschnitt eines Windungspaares der Wicklung gemäss Fig.1 zur Darstellung eines Zwischenschrittes im Herstellungsvorgang der Wicklung, Fig. 3 und 4 vergrösserte Querschnitte ent sprechend Fig. 2 von andern Ausführu@ngs- formen der Wicklung.
In einer Ausführungsform ist die Isola tion mit Füllmaterial zwischen Windungen, die rechteckigen Querschnitt besitzen und mit einer Schmalseite dem Kern zugekehrt. sind, aus einer verstärkten Glasfasermatte gebildet, wobei die Verstärkung aus mit einen wärme- härtendem,
mit Vin#7l modifiziertem phenoli- sehem Bindemittel imprägnierten starken Tex tilfasern bestehtwobei daswärmehärtende bin dende Mittel bei der Erwä.rinu.ng durch Poly- merrisation in festem Zustand übergeht und hart. wird, währenddem es die notwendige Flexibilität behält, die notwendig ist, um den thermischen Kräften sowie Vibrationskräften, welche in der Wicklung auftreten, wider stehen zu können.
Das Bindemittel iniprä.- gniert die Glasfasermatte und verbindet diese mit. den benachbarten Windungen zu einer zusammenhängenden Wicklung, deren Win dungen miteinander dureli eine Isolations schicht von hoher Wärmeleitfähigkeit und hoher Scherfestigkeit verbunden sind, wo-, bei auch Mittel vorgesehen sind, die gewähr leisten, dass zwischen benachbarten @@'indttn- gen an allen Stellen ein vorgegebener Ab stand eingehalten wird, so dass Kui-zsehlüsse nicht möglich sind.
Durch Pressung der Wiek- Jung unter Wärmeeinwirkung während des Herstellungsvorganges werden die .einzelnen Glasfasern in der Oberfläche der Windungen des Leitermaterials teilweise eingebettet, so dass die Widerstandsfähigkeit gegenüber den Scherkräften erhöht. wird, welche die Kleb stoffverbindung zwischen der Isolation und den benachbarten Windungen zu zerstören suchen, um zu erreichen, dass die Isolation zusammen mit dein Leiter expandiert und sieh mit.
demselben zusammenzieht.. Im Falle eines Bruches entlang, der Ebene dureli die Isolation erhöhen die Enden der gegeneinan der reibenden Glasfasern den Reibungswider stand in der Brueliebene. Dem Bindemittel kann als weiteres Füllmaterial Sand beigege ben werden, nin die di.elektrische Festigkeit. und Bruchfestigkeit der Isolation weiter zii erhöhen.
Diese verbesserte Isolationskonstruktion kann sieh auf die Verwendung zwischen den obersten Windungen einer bestimmten Wick lung beschränken, oder sie kann aneh zwischen allen Windungen der Wicklung verwendet werden.
In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Motorpol mit Wieklun- einer elektrischen Dynamomaschine für hohe Geschwindigkeiten und hohe Lei stung. Der Pol besitzt einen magnetischen Kern \? und einen Polschuh 3, welcher eine Wicklung -1 abstützt und diese an einer ra dialen Bewegung unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft hindert.
Die Wicklung 4 ist von dem Polschuh 3 durch einen Isolationskörper .5 isoliert, und %,on dem Polkern \3 durch eine Grindisolation 6 getrennt.
Die Wicklung 4 ist ans einer Mehrzahl von rechteckigen Leitern 7 gebildet, von denen je eine Schinalka.nte dem Kern zuge kehrt ist. Die Leiter 7 bestehen aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie z. B. aus Kupfer oder Aluminium, und werden durch eine Isolation 8 gegeneinander isoliert und mechanisch miteinander verbun- (len. Die Wicklung ist. infolge der Isolations schichten 8 ein zusammenhängender Körper.
Fig. ? zeigt eine schematische Darstellung der Isolationsschicht 8 vor deren Pressung und Härtung, wobei die benachbarten. Win dungen 7 der Wicklung 4 durch ein Binde mittel zusammengehalten werden, welches nach dessen Härtung im festen Zustand ver bleibt und trotzdem eine gewisse Flexibilität beibehält, um der Wärmebewegung der Win dungen im vollen Bereich der Arbeitstempe raturen zu folgen. Das Bindemittel haftet an den Windungen der Wicklung fest an.
rin geeignetes Bindemittel zu diesem Zweck ist eine Zusammensetzung, welche ein Harz enthält, wie z. B. irgendeines der im Handel befindlichen Phenol-Formaldehyde, Inalin - Formaldehyde, analin - modifizierte Forinaldeliyde usw., also Stoffe, welche als Hauptbestandteil Harze aufweisen. Diese Zu- sanimensetzung kann vorzugsweise als modi fizierender weiterer Zusatz ein Elastomer, wie z. B.
Natur- oder Kunstgummi, oder ein thermoplastisches Vinyl-Harz, wie z. B. Poly- vinyl.-Chlorid, Polyvinyl-Azetat, Poly vinyl- Alkoliol oder Polyvinyl-Butyrat, enthalten. Bindemittel, welche für den vorliegenden Zweck verwendbar sind, sind beispielsweise die sogv. Vinyl modifizierten plienolischen Harze. Vorzugsweise enthält die Zusammen setzung den wärmehärtenden Zusatz im Ver hältnis von 3-4 Teilen zu einem Teil des modifizierten Zusatzes.
Es kann aber auch irgendeine andere Mischung, in welcher der wärmehärtende Bestandteil vorherrschend ist, verwendet werden, da dieser letztere in einer solchen Zusammensetzung der Isolation Festigkeit und Temperaturstabilität vermit telt. Der modifizierende kleinere Zusatz gibt der Zusammensetzung Flexibilität. und Haft vermögen, um deren Haftung an den Leitern zu vergrössern und zu ermöglichen, dass die Isolation zusammen mit der Wicklung expan dieren und sich auch mit derselben zusammen ziehen kann, ohne dass ein Bruch in derselben entsteht, oder dass diese sich vom Leiter löst.
Es sind auch Mittel bzw. Füllmaterial vorgesehen, die das Bindemittel verstärken und dessen Scherfestigkeit erhöhen. Diese Mittel sind in Fig. 2 gezeigt, und bestehen aus einer Glasfasermatte 8a, welche mit dem Bindemittel imprägniert ist. Das Bindemittel, das für die Imprägnierung der Matte 8a ver wendet wird, kann beide der vorerwähnten Bestandteile aufweisen, der kleinere Bestand teil kann jedoch auch weggelassen werden, wobei sich trotzdem befriedigende Resultate ergeben. öffnungen in der Glasmatte können mit weiteren sehr feinen organischen Füll mitteln ausgefüllt werden, wie z.
B. pulveri sierter Kieselsäure mit einem Korndurchmes ser in der Grössenordnung von 1-3 Mikron, damit die dielektrische und mechanische Festigkeit erhöht wird. Das Füllmittel wird zweekmässigerweise in Pulverform in dem Bindemittel, das zur Imprägnierung der Glas matte dient, suspendiert.
Es sind auch Mittel vorgesehen, die ge währleisten, dass zwischen benachbarten Win dungen der Wicklung ein vorgegebener Ab stand eingehalten und ein Kontakt zwischen benachbarten Windungen 7 unter dem Ein fluss von hohen örtlichen Drücken verhindert wird. Solche örtlich hohe Drücke können beim Pressen der Wicklung auftreten. Diese Mittel bestehen .einerseits in der Glasfaser matte, neben der jedoch vorzugsweise noch ein fein zerteiltes, hartes, wärmeleitendes, chemisch träges und rauh.es Füllmaterial ver wendet wird, wie z. B. der Kieselsä.uresand, der im Bindemittel 8b verteilt ist.
Ein Sand mit einer Korngrösse entsprechend der Ma- schengTösse von 90 niesh ist für diesen Zweck geeignet. Ein halbes Teil Sand auf Teile Bindemittel ergibt eine zweckmässige Mischung; es ist jedoch nicht notwendig, aas angegebene Mischungsverhältnis genau einzu halten.
Die in Fig. ? dargestellte Wicklung wird wie folgt. hergestellt: das Bindemittel 8b, das ein rauhes Füllmittel enthält, wird auf den Seiten der Windungen der Wicklung aufge bracht und getrocknet. Die auf die ge wünschte Breite zugeschnittene Glasfaser matte wird mit dein Bindemittel imprägniert. (wie oben beschrieben) und zwischen benach barten Windungen angeordnet.
Die Wicklung wird dann auf eine Temperatur erwärmt, welche genügend ist, uni das Bindemittel zu härten, und wird in einer hydraulischen Presse auf deren Fertigabmessungen ge- presst. Dadurch haftet das Bindemittel 8b an den Windungen 7 fest an, und verbindet. die Glasmatte 8a mit den Windungen. Gleich zeitig wird der Sand in die Windungen 7 und die Glasmatte 8a eingebettet, um diese Teile fest miteinander zu verbinden. Infolge der Härte der Glasfasern werden diese eben falls leicht in die Oberflächen der Windungen eingedrückt, so dass die Isolation zusätzlich mit. den Windungen vereinigt wird.
Dadurch werden die benachbarten Windungen 7 der Wicklung 4 mittels des festen flexiblen Binde mittels aneinander befestigt, wobei das Binde mittel durch die Glasfasermatte und den Kieselsäuresand verstärkt ist, so dass keine geschwächten Querschnittsstellen entstehen. Zudem sind Glas und Kieselsäure relativ gute Wärmeleiter, so dass der Wärineaustauseli zwischen benachbarten Windungen 7 verbes sert wird, um ein gleichmässigeres Ausdehnen und Zusammenziehen der Wicklung zu ge währleisten. Hierdurch werden auch die Scherspannungen, welchen die Isolation wäh rend des Betriebes ausgesetzt ist, reduziert.
Eine solche Isolationssehieht hat den weiteren Vorteil, dass sie chemisch träge und nicht absorbierend ist. Auch infolge des Fehlens von leitenden Salzen oder Unreinheiten wird somit eine Wicklung geschaffen, welche kein Stellen besitzt, die einen elektrischen Kurz schluss oder Durchschlag in der Isolation zwi- sehen benachbarten Windungen verursachen können, sogar dann nicht, wenn die Dicke der zwischen den Windungen liegenden Isolation auf einen Drittel der bis \anhin üblichen Dicke reduziert wird.
Die Isolationssehieht 8 kann für die Iso lation der Windungen der ganzen Wicklung verwendet werden, oder deren Anwendung kann sieh auch auf die obersten *2-") ein der Wicklung beschränken, wo auf die Isolation die grösste Selierbeanspruehung ausgeübt wird.
Fig. 3 zeigt eine Isola.tionssehieht. 9, wel che aus Bindemittel, verstärkt durch einen Zusatz von anorganischem Sand, wie z. B. Kieselsäure-Sand,\ besteht. Der Kieseläure- Sand gewährleistet dabei, dass zwischen zwei benachbarten Windungen 7 der vorgegebene Abstand eingehalten wird, so dass diese nicht miteinander in Berührung kommen. Der Kieselsäure-Sand dient zudem zur Ver stärkung des Bindemittels, zwecks Erhöhung der Scherfestigkeit desselben.
Bei einem Bruch in der Isolationssehieht 9 im Betrieb der Maschine verhindern die Sandpartikel dabei eine (gegenseitige Verschiebung der Windungen, da die Bruelifläelien einen hohen. Reibungswiderstand aufeinander ausüben.
Diese Ausführtingsforni der Wicklungs-Isola- t-ion wird vorzugsweise so hergestellt, dass jede der einander zugewandten Seiten von zwei benachbarten Windung-en 7 mit einem dicken Cberzug von Bindemittel versehen wird, wo bei diese vor der endgültigen Erwärniun\;- und Formpressung- der Wicklung einer Teil l:ärtung unterzogen wird.
Fig. 4 zeigt eine aus einem Bindemittel gebildete Isolationssehieht 7.0, welches Binde mittel einzig durch eine aus Textilfasern ge bildete Glasfasermatte verstärkt ist. Die Fa sern sind gewoben, uni die Isolation in allen Richtungen zti verstärken lind um als Distanz- "litte] für die Windungen zu wirken.
Gleich zeitig .erhöhen diese Fasern auch die Reibung zwischen zwei Bx2tehfläehen. Es werden dabei Fasern von genügender Dicke verwendet, uni einen Kurzsehluss zwischen benachbarten Windungen zii, verhindern.
Mehrfaserige Fäden voll ungefähr 0,25 mm Dicke können den örtlichen hohen Drücken widerstehen, welche bei der Fabrikation auftreten, und ge nügen für die Distanzhaltun-. Es ist zweek- m- <B>ZZ</B> die Zwischenräume in der Glasmatte i 1.ii,z ,z, durch ein pulverförmiges, anorganisches Füll material vor der Montage auszufüllen.
Wenn ein Bruch auftritt, so ergeben die Enden der vielen gebrochenen Glasfasern Bruehfläehen mit. hoher Reibung. Prüfungen haben gezeigt, dass die genannte Isolation heim Bruch, gegenüber den bekannten Isola tionen, der Verschiebung der Bruchflächen zueinander einen ungefähr sechsfachen Wi derstand entgegensetzt.
1)a Brüche in der Isolation zwischen den einzelnen Windungen dort auftreten, wo die Reibungskräfte zwischen dem Isolationskör pern<B>5</B> und der benachbarten. Windim#, 7 grösser sind als die Bruchfestigkeit der Iso lation 8 zwischen den Windungen, kann _lie Reibung zwischen der obersten Windung und dein Isolationskörper 5 beispielsweise auch reduziert werden, indem ein nicht korrodie- rendes wie z.
B. Molybdän- disxilfid angewendet wird, oder es kann ein lletallüberzug, beispielsweise aus Nickel, <B>z</B> @ufget.ragen werden.